CN111950880A - 一种多星协同任务描述及星上分解处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多星协同任务描述及星上分解处理方法及系统，包括：步骤M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；步骤M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；步骤M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；步骤M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；步骤M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。本发明可实现多星多载荷系统在轨协同的任务分解执行，星上执行效率高，具备工程应用参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及多星协同自主任务规划领域，具体地，涉及一种多星协同任务描述及星上分解处理方法及系统。
背景技术
随着在轨卫星类型和数量的逐年增多，同构或异构卫星组网编队系统成为发展热点，多载荷多星协同系统，由携带多个载荷的多星编队或组网卫星进行协同探测，通过在轨信息互联，在轨信息处理，在轨自主任务规划，相较于传统单星单载荷，多载荷多星协同系统具有更好的冗余性、鲁棒性和遂行任务能力。
当前的卫星管控模式过度依赖于地面站，从任务生成、数据处理到情报生成、分发，时间链条长。随着卫星自主任务规划技术的发展，卫星系统也从地面控制，逐步向自动、自治到自主的发展。从完全依赖地面编排大量的、固化的指令序列完成既定任务，发展到星地任务接口的大幅精简，地面编排复杂任务的标准化描述，形成任务单，在境内或中继上注到星上，星上能够对任务单进行自动分解，形成星间各星及星内各分系统执行的动作脚本、程控作业、指令序列等，通过自主任务规划，提高卫星管控效率。
其中，卫星任务可以从多种维度进行描述，从地域分布维度上有点目标、区域、全球范围，从目标类型维度上有城市、港口、农田、森林等，从遥感信息维度上有可见光、红外、微波图像、无线电等，从时空维度上有一次性任务、连续任务、应急任务等。当前卫星任务描述方面的研究主要集中于在各类卫星任务规划的方法上，对于其中规划求解设计的任务，主要考虑单次卫星观测活动或数据接收活动，任务规划较少针对多维度任务进行描述，所以实现的功能较为单一。在集中式多星协同系统架构中，一般由一颗中枢卫星执行多星协同在轨任务规划，中枢星一般需在轨将复杂任务分解为单星能够执行的元任务，如多目标分散成像任务可以分解为每颗星对多点目标的成像任务，大区域拼接成像任务分解为每颗星的成像条带，点目标接力成像任务可以分解为每颗星对该点的成像任务。中枢星同时也需完成自身的在轨动作，需控制各分系统如载荷、姿态、数传等模式设置、工作执行，一般通过指令序列、指令模板或程控作业表形式实现。目前在轨多为单星作业，功能较为单一，任务无法分发给成员星以缓解本星任务执行压力，无法高效执行较为紧急且重要的任务。
对比已有公开文献，李海峰等给出了一种空天地对地观测的区域任务分解方法(CN107248033A)，根据时间约束条件将区域任务分解为观测资源观测的子任务，姚锋等在敏捷卫星任务规划方法(CN102479085A)中，给出了一种面向对地成像任务的描述和任务规划算法，以上两个方法缺乏对任务描述与分解处理的系统性论述；杨洲等给出了一种基于递归算法的异构多机器人系统任务分解方法(CN107958332A)，对机器人协同系统环境资源及任务进行了统一的可共享形式化表示，并采用递归算法进行了任务分解，本专利面向卫星任务领域，由于应用背景差异性，其方法无法解决卫星的多星协同任务描述及分解处理问题。
目前，尚未见系统性的、通用化强的多星协同任务描述设计方法及星上分解处理方法。本专利与现有技术具有显著的技术特征、差异性、创新性和新颖性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多星协同任务描述及星上分解处理方法及系统。
根据本发明提供的一种多星协同任务描述及星上分解处理方法，包括：
步骤M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
步骤M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
步骤M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
步骤M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
步骤M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
优选地，所述步骤M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
优选地，所述步骤M2包括：单次任务根据执行时刻信息直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。
优选地，所述步骤M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行。
优选地，所述步骤M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻；
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充。
优选地，所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
根据本发明提供的一种多星协同任务描述及星上分解处理系统，包括：
模块M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
模块M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
模块M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
模块M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
模块M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
优选地，所述模块M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
优选地，所述模块M2包括：单次任务根据执行时刻信息直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。
优选地，所述模块M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行；
所述模块M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻；
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充；
所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
提出了多星协同任务单的设计方法，系统性梳理了多星协同在任务域、空间域、时间域、目标域、信息域、传输域等六个维度描述方式，以中枢星接收并执行协同任务的星上分解，采用通用化任务分解执行流程，可获得星间和星内执行的时序功能匹配，本发明可实现多星多载荷系统协同，星上执行复杂度低，运行高效。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为多星协同任务描述示意图；
图2为多星协同任务解示意图；
图3为星间任务分解示意图；
图4为星内任务分解示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出了一种多星协同任务描述及星上分解处理方法，该方法面向多星多载荷在轨自主协同及任务管控需求，从任务域、空间域、时间域、目标域、信息域、传输域等六个维度描述多星协同任务，形成一个面向用户应用的标准化的上行任务单接口。任务单上行中枢星，中枢星基于通用化任务分解流程，将任务单在轨自动分解为星间协同任务和星内任务，星间协同任务基于协同模式及各星约束分解为各星的独立任务，星内任务分解为指令链模板封装的分系统作业表和需单独发送的指令或数据，星上任务分解后，星间和星内动作可在时间和信息流予以匹配。
实施例1
根据本发明提供的一种多星协同任务描述及星上分解处理方法，包括：
步骤M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
步骤M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
步骤M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
步骤M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
步骤M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
具体地，所述步骤M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式一般为预定义任务，是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型，包括载荷类型、信息约束，载荷类型一般包括电磁探测、可见光、红外、微波成像等，信息约束一般包括电磁频段、光学谱段、几何分辨率、温度分辨率、定位精度等；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；
所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择，如X、Ka、S等通道；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
具体地，所述步骤M2包括：单次任务根据执行时刻信息(时间域描述)直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口(空间域描述)，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。即多次任务在星上执行多次，通过时间窗计算得到该任务实时执行的时间，星上会对任务执行所需要的机动时间以及相关资源进行计算，如果发生冲突则会将现有任务剔除，保证任务队列中的多次任务执行时不存在冲突。
具体地，所述步骤M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行。
具体地，所述步骤M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻，如某些对日定向卫星需指定对地机动执行观测任务。
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充。
具体地，所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
星间执行的动作与单星内部执行动作在时序上相互匹配，动作执行无冲突，均顺序往下执行。
根据本发明提供的一种多星协同任务描述及星上分解处理系统，包括：
模块M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
模块M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
模块M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
模块M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
模块M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
具体地，所述模块M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式一般为预定义任务，是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型，包括载荷类型、信息约束，载荷类型一般包括电磁探测、可见光、红外、微波成像等，信息约束一般包括电磁频段、光学谱段、几何分辨率、温度分辨率、定位精度等；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；
所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择，如X、Ka、S等通道；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
具体地，所述模块M2包括：单次任务根据执行时刻信息(时间域描述)直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口(空间域描述)，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。即多次任务在星上执行多次，通过时间窗计算得到该任务实时执行的时间，星上会对任务执行所需要的机动时间以及相关资源进行计算，如果发生冲突则会将现有任务剔除，保证任务队列中的多次任务执行时不存在冲突。
具体地，所述模块M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行。
具体地，所述模块M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻，如某些对日定向卫星需指定对地机动执行观测任务。
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充。
具体地，所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
星间执行的动作与单星内部执行动作在时序上相互匹配，动作执行无冲突，均顺序往下执行。
实施例2
实施例2是实施例1的变化例
为实现面向用户应用的标准化的上行任务单接口，任务执行前期，需要对任务进行描述，任务描述可以通过任务域、空间域、时间域、目标域、信息域、传输域等六个维度进行描述。
如图1所示，任务域描述了任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级、任务来源等，任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引。
空间域描述了任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径、任务区域多边形等；在卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，认为该任务具备执行条件。
时间域描述了任务执行的时间要求，一般可分为单次任务和多次任务两种描述，单次任务指地面确定任务执行的时间段，单次任务时间域包括起始时刻T0、持续时间dt，可基于此确定任务结束时间Tend；多次任务通常由地点和约束描述，卫星在轨计算任务窗口并多次执行，多次任务的时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数、有效地方时段等。
目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号、目标属性等，星上可根据目标经纬度安排成像任务，根据目标类型、身份识别、属性等信息，在轨优选目标观测手段等。
信息域描述了任务需获取的观测信息类型，包括载荷类型、信息约束，载荷类型一般包括电磁探测、可见光、红外、微波成像等，信息约束一般包括电磁频段、光学谱段、几何分辨率、温度分辨率、定位精度等。通过信息域可确定参与本任务的所选卫星组合。
传输域描述了任务获取数据如何下传，包括通道选择、接收端选择、传输时段等。通道选择一般根据星上携带的通信设备，如X、Ka、S等通道，接收端选择可确定所选地面站位置和中继星参数。
通过将任务单上行至中枢星，如图2所示。任务单可以分为单词任务以及多次任务，单次任务由时间、地点、工作参数进行描述，由地面任务规划系统计算卫星对任务地点的过顶窗口上注星上，星上以地面确定的开始时刻和持续时长执行任务。单次任务直接插入至待执行任务队列。而多次任务由地点、工作参数描述，可在一定时间段内，基于一定的约束准则，星上预推过顶窗口，并在多窗口中执行优选，通过任务单筹划进行冲突消解后插入至待执行任务队列。中枢星基于通用化任务分解流程，将任务单在轨自动分解为星间协同任务和星内任务。
协同任务一般为预定义任务，为实现通用化标准化的分解地面编排的复杂任务，包括多目标成像任务、多星聚焦观测任务、周期性观测任务、区域目标观测任务等，如图3所示。
生成星间协同任务时，任务优先级用于在轨多任务优选，任务来源可区分为地面编排任务或星上生成任务。在任务触发执行时，通过星间协同任务分解可以实现星上根据协同任务设置，确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行复杂任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星可执行的任务，例如任务分解成若干元任务，某卫星对某目标成像或者某卫星对某区域条带成像等。
星上根据任务单在任务触发执行时可以进行星内任务分解，如图4所示。通过任务参数、时间地点、载荷平台设置生成星内任务。通过载荷序号、起止时间以及相关参数设置进行分系统作业配置，自动生成卫星内部相关分系统的作业表和指令链。继而通过判断内部各分系统或单机工作标志字(flag)来决定作业表和指令链的发送状态。
星间协同任务基于协同模式及各星约束分解为各星的独立任务，星内任务分解为指令链模板封装的分系统作业表和需单独发送的指令或数据，星上任务分解后，星间和星内动作可在时间和信息流予以匹配。
作业表一般包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长、参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板。指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，有些星内指令需基于星间工作状态而发送，待某个星间任务执行结束，其执行结果信息可以作为组包信息进行指令链内容的填充。
分系统和载荷的作业表可以进一步细化，如载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间，数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式、延时传输模式等，姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻，如某些对日定向卫星需指定对地机动执行观测任务。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，包括：
步骤M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
步骤M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
步骤M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
步骤M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
步骤M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
2.根据权利要求1所述的多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，所述步骤M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
3.根据权利要求2所述的多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，所述步骤M2包括：单次任务根据执行时刻信息直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。
4.根据权利要求1所述的多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，所述步骤M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行。
5.根据权利要求1所述的多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，所述步骤M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻；
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充。
6.根据权利要求5所述的多星协同任务描述及星上分解处理方法，其特征在于，所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
7.一种多星协同任务描述及星上分解处理系统，其特征在于，包括：
模块M1：多星协同任务按照预设规则进行标准化描述形成任务单；
模块M2：将任务单上注中枢星，由中枢星在轨星上任务管理，在轨生成任务队列；
模块M3：星上提取任务单信息，将任务单信息分解为星间协同任务和星内任务；
模块M4：任务队列按时间同步触发执行星间协同任务和星内任务；
模块M5：星上根据协同任务设置，在星间协同任务触发执行时，将星间协同任务和星内任务分别进行任务分解。
8.根据权利要求7所述的多星协同任务描述及星上分解处理系统，其特征在于，所述模块M1中任务单包括：任务单划分包括任务域、空间域、时间域、目标域、信息域和传输域；
所述任务域为描述任务的基本参数，包括任务号、协同模式、任务优先级和任务来源；
所述任务号为连续不重复编号，星上基于任务号进行任务索引；
所述协同模式是多星协同任务，包括大区域协同观测模式、多星多目标观测模式和接力观测模式；
所述任务优先级用于在轨多任务优选；
所述任务来源包括地面编排任务或星上生成任务；
所述空间域是任务执行的地理位置，包括任务点经纬度、任务触发半径和任务区域多边形；当卫星对以任务点和触发半径描述的区域、或对多边形描述的区域存在星下轨迹交集时，则认为当前任务具备执行条件；
所述时间域描述了任务执行的时间要求，包括单次任务时间域描述和多次任务时间域描述；
所述单次任务是地面确定任务执行的时间段；
所述单次任务时间域包括起始时刻、持续时间，基于起始时间和持续时间确定任务结束时间；
所述多次任务由地点和约束描述卫星在轨计算任务窗口并多次执行；
所述多次任务时间域包括任务有效期起始、任务有效期截止、连续两次间隔、待执行次数和有效地方时段；
所述目标域描述了任务关注的目标特征，包括目标点经纬度、目标类型、目标身份识别号和目标属性，星上根据目标点经纬度安排成像任务，根据目标类型、目标身份识别号和目标属性信息，在轨优选目标观测手段；
所述信息域描述了任务需获取的观测信息类型；所述观测信息类型包括载荷类型、信息约束和载荷类型；通过信息域确定参与当前任务所选的卫星组合；
所述传输域描述了任务获取数据下传方式，包括通道选择、接收端选择和传输时段；所述通道选择根据星上携带的通信设备进行选择；
所述接收端选择确定所选地面站位置和中继星轨道参数。
9.根据权利要求8所述的多星协同任务描述及星上分解处理系统，其特征在于，所述模块M2包括：单次任务根据执行时刻信息直接插入任务队列；多次任务由星上计算任务窗口，星上执行冲突消解，插入并形成待行任务队列。
10.根据权利要求7所述的多星协同任务描述及星上分解处理系统，其特征在于，所述模块M5中协同任务设置包括协同任务设置确定参与协同的卫星和载荷组合，根据任务单约束确定多星工作模式，执行任务的星上分解处理，将协同任务，分解为单星执行的任务，经星间分布各星执行；
所述模块M5中星内任务进行分解包括：生成卫星内部各功能模块或单机工作标志字，自动生成卫星内部相关卫星各功能模块的作业表和指令链；
所述作业表包括载荷作业表、数传作业表和姿轨控作业表；作业表包含的信息包括作业类型、作业序号、开始时刻、持续时长和参数设置，为预先设定的按相对时序执行的指令模板；
所述载荷作业表根据任务单设置工作模式、执行开始时间和持续时间；
所述数传作业表根据任务单设置为记录模式、实时传输模式和延时传输模式；
所述姿轨控作业表设置姿态指向及执行时刻；
所述指令链是对作业表的补充，体现在星间星内协同时，星内指令需基于星间工作状态而发送，待星间任务执行结束，将执行结果信息作为组包信息进行指令链内容的填充；
所述单机工作标志字在任务执行过程控制卫星各功能模块作业、指令的发送。
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